La débitmétrie au laser à effet Doppler (LDF) constitue une méthode prometteuse et non-invasive pour l'étude du débit sanguin local dans l'œil. Cette technique est basée sur un changement de fréquence subi par la lumière lors du mouvement des globules rouges dans les vaisseaux. Une nouvelle sonde LDF a été testée pour sa sensibilité à évaluer la circulation rétinienne/choroïdienne sous des conditions hypercapniques et en présence de diverses substances vasoactives ou suivant la photocoagulation des artères rétiniennes chez le rat. Après dilatation pupillaire, la sonde LDF a été placée en contact avec la cornée de rats anesthésiés et parallèle à l'axe optique. L'hypercapnie a été provoquée par inhalation de CO2 (8% dans de l'air médical), alors que les agents pharmacologiques ont été injectés de façon intravitréenne. La contribution relative à la circulation choroïdienne a été évaluée à la suite de la photocoagulation des artères rétiniennes. Le débit sanguin s'est trouvé significativement augmenté à la suite de l'hypercanie (19%), de l'adénosine (14%) ou du nitroprusside de sodium (16%) comparativement au niveau de base, alors que l'endothéline-1 a provoqué une baisse du débit sanguin (11%). La photocoagulation des artères rétiniennes a significativement diminué le débit sanguin (33%). Des mesures en conditions pathologiques ont ensuite été obtenues après l'injection intravitréenne d'un agoniste sélectif du récepteur B1 (RB1). Ce récepteur des kinines est surexprimé dans la rétine des rats rendus diabétiques avec la streptozotocine (STZ) en réponse à l'hyperglycémie et au stress oxydatif. Les résultats ont montré que le RB1 est surexprimé dans la rétine chez les rats diabétiques-STZ à 4 jours et 6 semaines. À ces moments, le débit sanguin rétinien/choroïdien a été significativement augmenté (15 et 18 %) après l'injection de l'agoniste, suggérant un effet vasodilatateur des RB1 dans l'œil diabétique. Bien que la circulation choroïdienne contribue probablement au signal LDF, les résultats démontrent que le LDF représente une technique efficace et non-invasive pour l'étude de la microcirculation rétinienne in-vivo en continu. Cette méthode peut donc être utilisée pour évaluer de façon répétée les réponses du débit sanguin pendant des modifications métaboliques ou pharmacologiques dans des modèles animaux de maladies oculaires. / Laser Doppler Flowmetry (LDF) is a promising, non-invasive technique to assess local ocular blood flow. This technique is based on a Doppler frequency shift of the backscattered light due to the movement of the red blood cells in the vessels. A new LDF probe was tested for its sensitivity to assess the retinal/choroidal blood flow variations in response to hypercapnia, diverse vasoactive agents and following retinal arteries photocoagulation in the rat. After pupil dilation, a LDF probe was placed in contact to the cornea of anesthetised rats in the optic axis. Hypercapnia was induced by inhalation of CO2 (8% in medical air) while pharmacological agents were injected intravitreously. The relative contribution of the choroidal circulation to the LDF signal was determined after retinal artery occlusion by photocoagulation. Blood flow was significantly increased by hypercapnia (19%), adenosine (14%) and sodium nitroprusside (16%) as compared to baseline values while endothelin-1 decreased blood flow (11%). Photocoagulation of retinal arteries significantly decreased blood flow level (33%). Measurements in pathological conditions were then obtained after intravitreal injections of a B1R agonist. This kinin receptor is overexpressed in the retina of streptozotocin (STZ) diabetic rats in response to hyperglycaemia and oxidative stress. Data showed that B1R was upregulated in the STZ-diabetic retina at 4 days and 6 weeks. At these time points, retinal/choroidal blood flow was significantly increased (15 and 18 %) upon injection of the agonist, suggesting a vasodilatory effect of B1R in the diabetic eye. Although choroidal circulation most likely contributes to the LDF signal in this setting, the results demonstrate that LDF represents a suitable in vivo non-invasive technique to monitor online relative changes of retinal microcirculation. This technique could be used for repeatedly assessing blood flow reactivity to metabolic or pharmacologic challenges in rodent models of ocular diseases.

Nous étudions dans cette thèse une matrice de processeurs élémentaires optoélectronique (parfois appelé rétine artificielle optoélectronique ou encore spa - pour smart pixel array) capable de réaliser plusieurs fonctions de traitement d'images bas niveau a cadence vidéo. Plus précisément, il s'agit d'une machine simd optoélectronique fonctionnant par recuit simule : chaque processeur élémentaire (pe ou sp - pour smart pixel) est l'équivalent d'un neurone dont l'état évolue en fonction de celui de ses voisins, et cela de façon probabiliste grâce a un générateur de nombres aléatoires optique base sur le phénomène de speckle laser. Dans une première version du processeur (circuit en silicium cmos 0,8 m), chaque pe est interconnecté de façon électronique a ces quatre plus proches voisins. Un montage base sur deux modulateurs spatiaux de lumière ferroélectriques et un hologramme de dammann permet d'étendre le voisinage d'interconnexion et de simuler des interconnexions intra-processeur optiques reconfigurables. Le montage servira a demontrer la détection du mouvement sur des séquences d'images a niveaux de gris ; toutefois, les performances restent médiocres (2 a 5 secondes par image). En fin de thèse est étudié un nouveau prototype base sur une matrice a entrées et sorties optiques (diodes p-i-n a puits quantiques multiples) réalisé en technologie hybride si/gaas par flip-chip bonding . Les performances du système sont considérablement améliorées (l'architecture comporte alors de véritables interconnexions optiques intra-processeur). L'étude théorique permet de conclure que l'utilisation d'une puce a entrées et sorties optiques rendrait le système a la fois compact (taille comparable avec celle d'un processeur pentium avec ses éléments de réfrigération) et extrêmement rapide (dizaines de milliers d'images a la seconde), ce qui en ferait un dispositif de choix pour les applications embarques de traitement d'images bas-niveau et temps réel.

La leucine zipper de la rétine neurale (Nrl) joue un rôle central dans le développement et l'homéostasie des bâtonnets en activant I'expression de gènes tels que le photopigment Rhodopsine. Nrl est aussi associé à la Rétinite Pigmentaire, faisant ainsi de ce gène un modèle intéressant pour la compréhension des programmes contrôlant le développement et I'homéostasie des photorécepteurs.Ce travail de thèse vise à caractériser les mécanismes régulateurs de I'expression de Nr/ au cours du développement rétinien. L'électroporation in vivo de vecteurs rapporteurs dans des rétines de souris en développement, a révélé des séquences minimales de promoteur Nr/ nécessaires à une expression spécifique dans les photorécepteurs. Nous avons identifié RORI3 comme facteur requis pour cette expression, et montré que les facteurs OTX2, CRX et CREB s'accrochent aussi directement à des régions régulatrices particulières du promoteur. Nous avons construit un virus adéno-associé (AAV) contenant un promoteur minimal Nrl de 0.3 kb, et montré qu'il est adapté à la délivrance de gène spécifiquement dans les photorécepteurs.Nous avons montré que NRL, CRX et NR2E3, les régulateurs principaux de la Rhodopsine, ont une expression rythmique au cours de 24 h, et que l'expression cyclique de Nr/ peut être due à l'activation par RORp, un composant l'horloge circadienne. Enfin, nous avons identifié un nouveau facteur de transcription, NonO, au niveau de la région du promoteur proximal de la Rhodopsine, qui en combinaison avec NRL et CRX, active le promoteur de la Rhodopsine. L'invalidation de NonO au cours du développement rétinien a prouvé son implication pour le développement et I'homéostasie des bâtonnets.

La rétinopathie diabétique est associée à plusieurs changements pathologiques du lit vasculaire rétinien, incluant l’ouverture de la barrière hémato-rétinienne, l’inflammation vasculaire et la modification du débit sanguin. Récemment, il a été proposé que le récepteur B1 des kinines, qui est surexprimé dans la rétine diabétique, puisse être impliqué dans le développement de ces altérations vasculaires. Ainsi, cette thèse présente les effets de traitements pharmacologiques avec des antagonistes du récepteur B1 sur la perfusion rétinienne, la perméabilité vasculaire, l’infiltration des leucocytes (leucostasie), l’expression de médiateurs de l’inflammation et la production d’anion superoxyde dans la rétine du rat rendu diabétique avec la streptozotocine (STZ). Les résultats obtenus montrent que l’application oculaire (10 µl d’une solution à 1%, deux fois par jour pendant 7 jours) de LF22-0542, un antagoniste hydrosoluble du récepteur B1, bloque significativement l’hyperperméabilité vasculaire, la leucostasie, le stress oxydatif et l’expression génique de médiateurs de l’inflammation (B1R, iNOS, COX-2, VEGF-R2, IL-1β et HIF-1α) dans la rétine chez le rat à 2 semaines de diabète. L’administration orale (3 mg/kg) d’un antagoniste non-peptidique et sélectif pour le récepteur B1, le SSR240612, entraîne une diminution du débit sanguin rétinien 4 jours après l’induction du diabète mais n’a aucun effet sur la réduction de la perfusion rétinienne à 6 semaines. Le récepteur B1 joue donc un rôle protecteur au tout début du diabète en assurant le maintien d’un débit sanguin normal dans la rétine; un effet qui n’est toutefois pas maintenu pendant la progression du diabète. Ces données présentent ainsi la dualité du récepteur B1 avec des effets à la fois protecteurs et délétères. Elles suggèrent aussi un rôle important pour le récepteur B1 dans l’inflammation rétinienne et le développement des altérations vasculaires. Le récepteur B1 pourrait donc représenter une nouvelle cible thérapeutique pour le traitement de la rétinopathie diabétique. / Diabetic retinopathy is associated with retinal vascular changes, including blood retinal barrier breakdown, vascular inflammation and blood flow alterations. It has been proposed that kinin B1 receptor, which is upregulated in the diabetic retina, could be involved in the development of these pathological features of diabetic retinopathy. In a rat model of diabetes induced by Streptozotocin (STZ), the effects of kinin B1 receptor antagonists on retinal perfusion, vascular permeability, leukostasis, gene expression of inflammatory mediators and production of superoxide anion in the retina were evaluated. The results show that in 2-week diabetic rats, topical ocular application of the water soluble kinin B1 receptor antagonist LF22-0542 (10 µl of 1% solution, twice per day) for a 7-day period reverses vascular hyperpermeability, leukostasis, oxidative stress and gene expression of inflammatory mediators (B1R, iNOS, COX-2, VEGF-R2, IL-1β and HIF-1α) in the retina. Single oral administration (3 mg/kg) of SSR240612, a selective non-peptide B1 receptor antagonist, induces a decrease of retinal blood flow in 4-day diabetic rats but has no effect on retinal blood flow reduction present at 6 weeks of diabetes. Therefore, B1 receptor has a protective role in early diabetes by preserving a normal blood flow in the retina. These data suggest that B1 receptor exerts protective and adverse effects in the diabetic retina. They also support a key role for B1 receptor in retinal inflammation and the development of vascular alterations. B1 receptor could therefore represent a promising therapeutic target for the treatment of diabetic retinopathy.

Le syndrome d’apnées obstructives du sommeil (SAOS) est associé à la survenue de neuropathies optiques, en particulier la neuropathie optique ischémique antérieure aigue non artéritique (NOIAA-NA). Parmi les mécanismes d’apparition de cette neuropathie et potentiellement associés au SAOS, la dysrégulation et l’inflammation vasculaires pourraient jouer un rôle. Il n’existe aucune donnée dans la littérature sur l’effet de l’hypoxie intermittente (HI) chronique sur la fonction vasculaire de l’œil.Le but de ce travail était de développer des techniques d’évaluation de la fonction vasculaire oculaire chez le rat et de les appliquer à l’étude des conséquences vasculaires oculaires de l’HI. Ainsi, deux approches complémentaires ont été développées : 1) un prototype de fluxmètre laser Doppler (LDF) adapté au rongeur pour l’évaluation in vivo de la perfusion sanguine rétinienne et de la tête du nerf optique (TNO) et 2) le modèle d’étude de l’artère ophtalmique (AO) du rat par myographie vasculaire, in vitro.La mise au point du LDF chez le rat sain a permis de valider la pertinence du signal provenant des artères rétiniennes. A l’inverse, nos données invalident l’intérêt de la mesure au niveau de la TNO. En réponse à l’inhalation d’oxygène pur, nous observons une diminution de 17,0 ± 13,7 % de la vélocité artérielle rétinienne (VelART). Nous n’observons pas de variation significative de VelART lors d’injection intra-carotidienne d’endothéline 1 (ET-1) malgré une forte vasoconstriction des vaisseaux rétiniens. Les perspectives consistent à associer une caméra de haute résolution à un système bidirectionnel de LDF. L’étude de la réactivité de l’AO par myographie chez le rat soumis à 14 jours d’HI a mis en évidence une augmentation de la contraction à l’ET-1, associée à une augmentation de la réponse médiée par les récepteurs de type A (ETRA)et à une surexpression des ETRA au sein de l’AO. La relaxation NO-dépendante était diminuée chez le rat HI, et associée à un effet prédominant des produits vasoconstricteurs du cytochrome P450. Ces réponses étaient associées à une augmentation de la présence d’anions superoxyde dans la paroi de l’AO. Des études complémentaires sont nécessaires pour explorer les mécanismes à l’origine des ces altérations vasculaires, en particulier le rôle du stress oxydant. / Obstructive sleep apnea (OSA) has recently been associated with the occurrence of optic neuropathies, especially acute non-arteritic anterior ischemic optic neuropathy (NAION). Among the mechanisms of NAION onset potentially associated with OSA, vascular dysregulation and inflammation may play a role. There is still no data on the effect of chronic intermittent hypoxia (IH) on vascular function of the eye. The purpose of this work was to develop techniques for assessing rat ocular vascular function and apply them to the study of the ocular vascular consequences of IH. Thus, two complementary models have been developed: 1) a laser Doppler flowmeter (LDF) prototype adapted for rodents, to evaluate in vivo retinal and optic nerve head (ONH) blood perfusion and 2) in vitro model of rat ophthalmic artery (OA) study by myography. Preliminary work on healthy rat enabled us to validate the relevance of retinal arteries LDF signal, but not that of the ONH. Retinal blood velocity (VelART) dropped by 17.0 ± 13.7% in response to pure oxygen inhalation. We did not observe any significant change in VelART signal after intracarotidian endothelin 1 (ET -1) injection, despite strong vasoconstriction of retinal vessels. OA reactivity study by myography in rats exposed to a 14-day IH showed increased contraction to ET-1, associated with an increased endothelin receptor A-mediated (ETRA) response and ETRA overexpression within the AO. NO-dependent relaxation is reduced in IH rats, and associated with a shift towards vasoconstrictive effects of cytochrome P450 products. These responses were associated with an increase in superoxide anions in the OA wall. Further studies are needed to explore the underlying mechanisms of these vascular changes, particularly the role of oxidative stress. Understanding of the LDF signal is partial and should be further explored to permit application to the study of IH rat.

Les yeux forment des avant-postes visuels importants du cerveau. Comme les autres organes, la rétine sensorielle des yeux est vulnérable aux effets nocifs des facteurs environnementaux, tels que la lumière et l'oxygène. Dans ce travail, nous nous sommes concentrés sur l’impact de l’exposition à une lumière constante et l’hyperoxie prolongée sur l'architecture et la fonction rétinienne. Dans la première partie de notre étude, nous avons montré qu’ une exposition de sept jours à une lumière constante perturbe la phagocytose des bâtonnets et cônes et régule négativement leur renouvellement dans la « rétine riche en cônes " d’Arvicanthis ansorgei. Notre étude donne un aperçu sur la physiopathologie des cônes, ce qui représente la principale source de handicap visuel dans une variété de pathologies rétiniennes, y compris la rétinite pigmentaire (RP) et la dégénérescence maculaire liée à l'âge (DMLA). Dans la deuxième partie de notre étude, nous avons montré qu’ une exposition de cinq jours à l’hyperoxie entraîne chez les souris néonatales une perte significative de cellules ganglionnaires dans les régions périphériques de la rétine, et de cellules à mélanopsine (ipRGC). L’exposition prolongée à l’hyperoxie perturbe également la capacité de photoentrainment des animaux probablement due à la perte des ipRGC et la perte de la rhodopsine dans les segments externes des bâtonnets chez les animaux traités. / Eyes form important visual outposts of the brain. Just like other organs, sensory retina in the eyes is also vulnerable to the injurious effects of environmental factors; such as light and oxygen. In this work, we have focused on the impacts of constant prolonged light and hyperoxia on the retinal architecture and function. In the first part of our study, we show that seven days of constant light disrupts rod and cone phagocytosis and downregulates their turnover in the “cone rich retina” of Arvicanthis ansorgei. The study gives an insight on the cone pathophysiology, which represents the major source of visual handicap in a variety of retinal pathologies, including retinitis pigmentosa (RP) and age-related macular degeneration (AMD). In the second part of our study, we show that five days of hyperoxia treatment in the neonatal mice results in the significant loss of retinal ganglion cells in the peripheral regions; the loss of melanopsin expressing retinal ganglion cells (ipRGC) was found to be significant. Hyperoxia also affects the photoentrainment capability of the animals probably because of the loss of ipRGC and the loss of rhodopsin in the outer segments of the photoreceptors in the treated animals.

La dégénérescence maculaire liée à l’âge ou DMLA représente la première cause de cécité légale dans les pays industrialisés. C’est une affection multifactorielle (facteurs environnementaux et génétiques), caractérisée par la dégénérescence des photorécepteurs et une dysfonction de l’épithélium pigmentaire de la rétine (EPR). La présence de dépôts sous-rétiniens, les drusen, qui sont un facteur de risque de développer la DMLA contiennent de l’amyloïde-b (Ab), le peptide neurotoxique impliqué dans la maladie d’Alzheimer (MA) et le facteur H du complément (CFH), qui est un des inhibiteurs solubles majeurs de l’activation de la voie du complément. L’Aβ est capable de lier le CFH et il existe une corrélation inverse entre les taux de CFH et d’Aβ dans le cerveau et la rétine de modèles murins de la MA, de plus, le polymorphisme H402Y dans le gène codant pour le CFH est associé à la moitié des cas de DMLA et est aussi un facteur de risque pour la MA. Au début de ma thèse, rien n’était connu sur les fonctions de la protéine précurseur de l’amyloïde β (APP), et du CFH dans la rétine. Ainsi, le but de ma thèse a été d’étudier d’une part le rôle physiologique de l’APP au cours de la différenciation de la rétine et à l’âge adulte chez la souris, et d’autre part le CFH dans la rétine normale chez la souris normale adulte et chez la souris Rd10, un modèle de dégénérescence des photorécepteurs. Nous avons montré par l’utilisation d’une souris dont le gène de l’APP est invalidé (APPko), une diminution stable de 35% de nombre de cellules amacrines glycinergiques et de 36% de celui des cellules bipolaires, associé à une désorganisation importante des laminations des synapses au stade adulte, et une augmentation transitoire à 50% du nombre cellules horizontales au cours de la phase précoce de la différenciation rétinienne. Nous avons identifié Ptf1a, facteur de transcription indispensable à la différenciation des cellules amacrines, comme la cible de l’APP. De plus, non montrons que SorLA, le récepteur de l’APP, est indispensable à la fonction de différenciation rétinienne de l’APP. Dans la deuxième partie de mon étude, j’ai montré que le CFH protége in vitro les cellules de l’EPR contre les effets létaux du stress oxydant. Après avoir caractérisé les processus associés à la dégénérescence des photorécepteurs chez la souris Rd10 (activation gliale, microgliale, activation de l’inflammation et de la voie du complément), j’ai montré que l’injection intrapéritonéale répétée de CFH humain durant la dégénérescence protège partiellement les photorécepteurs de la mort. L’ensemble de mon étude montre pour la première fois un rôle important de l’APP dans la différenciation de la rétine et un nouveau rôle, comme antioxydant, pour le CFH, qui pourrait être un agent thérapeutique ciblant des photorécepteurs et l’EPR dans les pathologies dégénératives rétiniennes. / Age-related macular degeneration (AMD) is the first cause of central vision loss, due to photoreceptor degeneration and retinal pigmented epithelium (RPE) dysfunction. It is a multifactorial disease (genetic and environmental factors) and subretinal deposits of materials called drusen, is a major risk to develop AMD. Drusen contain amyloïd β (Aβ), the major neurotoxic peptide involved in Alzheimer disease (AD), and complement factor H (CFH), one of the major inhibitor of the complement pathway. Aβ and CFH interact and there is an inverse correlation between CFH and Aβ in the brain and retina of mouse models of AD. Polymorphism H402Y of CFH may be a cause of AMD in as many as 50% of cases. At the beginning of my thesis, nothing was known about the role of the amyloid precursor protein (APP) in the retina, as well as CFH. Therefore, the aim of my work was to investigate the retinal functions of both APP during retinal development and in adult mouse and CFH in normal mouse and in the Rd10 mouse model of photoreceptor degeneration. By using a mouse knock-out for app, we showed that APP regulates differentiation of retinal interneurons: it positively controls differentiation of glycinergic amacrine cells and bipolar cells, whereas it negatively controls differentiation of horizontal cells. Moreover, we identified the transcription factor, Ptf1-1, as a main transcriptional target of APP. Finally, we demonstrated that SorLA, an APP receptor, participates to the differentiation role of APP in the retina. In the second part of the study, I demonstrated that CFH protects RPE cells from lethal oxidative stress in cultures. Moreover, I showed that expression of CFH is very low in neural retina in comparison to the RPE/choroid/sclera complex in normal mice, and that CFH expression increases in both the neural retina and the RPE/choroid/sclera complex during photoreceptor degeneration in the Rd10 mice, suggesting an adaptive response of these tissues to degeneration. Intrapéritonéale injections of CFH partially protect photoreceptors from degeneration, suggesting a protective effect of CFH against retinal degeneration. Altogether, my study showed for the first time a physiological function of APP in the retina, and a new role for CFH in the protection of photoreceptors against degeneration, suggesting that it may be a therapeutic target against retinal degeneration.

La dégénérescence maculaire liée à l’âge ou DMLA est une pathologie oculaire qui touche près d’un million de personnes en France, et représente la première cause de cécité légale dans les pays industrialisés. C’est une affection multifactorielle (environnement, génétique), dans laquelle les stress inflammatoires, métaboliques et oxydants interviennent et aboutissent à la mort des photorécepteurs. L’apparition des drusen (dépôts de matériel extracellulaire contenant de l’amyloïde-β (Aβ)), entre les cellules de l’épithélium pigmentaire de la rétine (EPR) et la membrane de Brush, représente un facteur de risque de développement de la DMLA. De plus, le 4-hydroxynonenal (4-HNE) est un marqueur de stress oxydant dans la rétine de patients de différentes pathologies dégénératives comme la DLMA. L’identification des mécanismes moléculaires et cellulaires impliqués dans les dégénérescences rétiniennes la pathogenèse de la DMLA constitue un enjeu de santé publique, puisqu’elle permettrait de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques anti-dégénératives.Le but de mon travail de thèse a été dans un premier temps de mieux comprendre le rôle de l’Aβ dans la dégénérescence rétinienne.Nous avons montré que l’Aβ induit une activation rapide des cellules microgliales, une gliose soutenue des cellules gliales de Müller (CGM), un œdème dans la rétine interne et une apoptose des photorécepteurs. La dégénérescence des photorécepteurs est en corrélation avec une activation soutenue de PERK, impliquée dans la voie pro-apoptotique de la réponse UPR. Par ailleurs la gliose des CGM est caractérisé par une délocalisation des canaux Kir4.1, une diminution de l’expression d’AQP4 et de la glutamine synthetase (GS), et une augmentation de l’expression des canaux Kir2.1 et du transporteur GLAST1, suggérant une dérégulation de l’homéostasie rétinienne contrôlée par ces protéines. Nous avons montré que l’inhibition de la réponse inflammatoire, par l’utilisation de l’indomethacine, un inhibiteur non stéroïdien de de la cyclooxygénase (COX) 2, réverse l’effet de l’Aβ sur l’expression des canaux Kir4.1 et sur GLAST1 mais pas celle de la GS et d’AQP4, suggérant un couplage partiel entre la gliose et la réponse inflammatoire dans notre modèle d’injection sous-rétinienne d’Aβ.Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés au rôle du 4-HNE dans les CGM, un produit de peroxydation lipidique, qui est produit dans la rétine sous l’effet de l’Aβ. Nous avons observé qu’un stress oxydant unique et létal induit par le 4-HNE, entraîne la mort des CGM par apoptose dépendante de l’activation des caspases. L’utilisation d’antioxydants impliqués dans la régénération du glutathion (GSH), protège contre la mort des CGM. L’analyse du transcriptome des CGM soumises au 4-HNE a permis de mettre en évidence une réponse transcriptionnelle adaptative des CGM : une activation de la défense anti-oxydante, de la réponse UPR (unfolded protein response) au stress du réticulum endoplasmique, et un phénotype anti-inflammatoire. Par ailleurs, la surexpression de l’APP (amyloid protein precursor), dont l’expression du transcrit est augmentée sous l’effet du stress oxydant dans les CGM, protège ces cellules contre la mort induite par le 4-HNE. Cette protection est associée à une augmentation des capacités anti-oxydantes et à une activation de la voie de survie de la réponse UPR. L’ensemble de nos résultats montre un rôle de l’Aβ dans la dégénérescence des photorécepteurs et indique que le métabolisme de l’APP, ainsi que les voies de survie et pro-apoptotique de la réponse UPR pourraient constituer des cibles thérapeutiques contre la dégénérescence rétinienne induite par l’Aβ ou les stress oxydants. / Age related macular degeneration (AMD) is a leading cause of blindness in western countries and affects one million people in France. Multiple risk factors (genetics, environment) are involved in the pathogenesis of AMD. In addition, the AMD pathogenesis is strongly associated with chronic oxidative stress and inflammation that ultimately lead to photoreceptor death. AMD is characterized by the formation of drusen, extracellular deposits, including amyloid-β (Aβ), between the retinal pigmented epithelium and Bruch’s membrane. Moreover, 4-hydroxynonenal (4-HNE) is an oxidative stress marker of different retinal diseases including AMD. The determination of molecular and cell mechanisms involved in retinal degeneration and the pathogenesis of AMD is required in order to develop new therapeutic anti-degenerative approaches. The aim of our study was first to investigate the role of Aβ in retinal degeneration. We demonstrated that subretinal injection of Aβ induces an early activation of microglial cells, a sustained retinal Müller glial (RMG) cells gliosis, an oedema in the internal part of retina and photoreceptors apoptosis. The photoreceptors apoptosis was correlated with a sustained activation of PERK, a kinase implicated in the pro-apoptotic pathway of UPR (unfolded protein response). In addition, RMG gliosis has been characterized by a Kir4.1 channel redistribution, a down-regulation of AQP4 and glutamine synthetase (GS) expression, and an up-regulation of Kir2.1 channel and GLAST1 transporter expression, suggesting a dysregulation of the retinal homeostasis which is controlled by these proteins. The inhibition of the inflammatory response using indomethacin, a non-steroidal and non-specific cyclooxygenase (COX) 2 inhibitor, reversed Aβ-induced Kir4.1 channel redistribution and GLAST1 up-regulation but not GS and AQP4 down-regulation, suggesting a partial coupling between gliosis and inflammatory response in retinal degeneration after subretinal injection of Aβ in mice. The second part of our study aimed to investigate the effects on RMG cells of 4-HNE, a lipid peroxidation product that is up-regulated in retina after Aβ injection. We have shown that a single lethal oxidative stress using 4-HNE induces RMG cells apoptosis associated with caspase 3 and caspase 9 activation. Pre-treatment of RMG cells with anti-oxidative molecules involved in glutathione regeneration restored cell viability. Transcriptome analysis of RMG cells treated with 4-HNE showed an adaptive transcriptional response consisting in an activation of anti-oxidative stress cell defense, activation of UPR in response to endoplasmic reticulum stress and anti-inflammatory phenotype. APP (amyloid protein precursor) overexpression, which the transcript is up-regulated in RMG cells under oxidative stress, protects from 4-HNE-induced cell death. This protection is associated with an up-regulation of anti-oxidative cell defense and an activation of the pro-survival pathway of UPR. Our study pinpoints the role of Aβ in photoreceptors degeneration and suggests that targeting APP metabolism, pro and anti-apoptotic pathways of the UPR response may hel develop selective methods against retinal degeneration implicating Aβ and oxidative stress.

Les capteurs d'images en technologie CMOS se sont fortement développés grâce à l'avènement du multimédia à la fin des années 1990. Leurs caractéristiques optiques, ainsi que leur coût, les ont, en effet, destinés au marché “grand public”. Ces capteurs intègrent des fonctions analogiques et/ou numériques qui permettent la mise en œuvre de traitements au sein du pixel, autour du pixel, pour un groupe de pixels, en bout de colonne. Jusqu’à présent, les traitements intégrés dans le capteur sont de nature linéaire et consistent en général à réaliser des convolutions. Si ces traitements sont incontournables dans une chaîne de vision, ils sont toutefois limités et ne permettent pas à eux seuls de réaliser une application complexe du type reconnaissance d’objets dans une scène naturelle. Pour cela, des traitements non-linéaires associés à des classifieurs haut-niveau permettent de compléter les traitements linéaires en vue de répondre aux contraintes d’une application complexe. Dans ce contexte, nous montrons que les approches “mathématique-inspirées” et “neuro-inspirées” nécessitent toutes deux l'emploi de traitements non-linéaires basés sur les opérateurs "min" et "max". De ce fait, nous proposons un modèle architectural permettant d'intégrer dans le plan focal les traitements non-linéaires. Ce modèle est basé sur une topologie de PEs 4-connexes et présente un double avantage par rapport aux solutions classiques. D'une part pour ce qui concerne l'augmentation de la vitesse d'exécution des traitements non linéaires mais aussi pour les aspects de réduction de la consommation qui sont liés aux nombres d'accès aux mémoires externes dans le cas des systèmes numériques. Le circuit NLIP (Non Linear Image processing) qui a été conçu durant cette thèse comporte 64 x 64 pixels associés à 64 x 64 processeurs analogiques élémentaires. Chaque pixel a une taille de 40 m de côté et présente un facteur de remplissage de 18% ce qui garantit une bonne sensibilité. La fabrication du circuit a été réalisée en technologie CMOS 0.35 m et les tests fonctionnels réalisés ont permis de valider le modèle de rétine proposé / CMOS images sensors have grown significantly since the late 1990s in connection with the huge developments of multimedia applications. Their optical characteristics, as well as their cost, have, in fact targeted for the consumer market. These sensors include analog and / or digital functions that allow the implementation of treatments within the pixel around the pixel, for a group of pixels in the end of column. Until now, processing inside the sensor.Until now, image processing inside the CMOS sensor are linear and based on convolutions. If these treatments are essential in a chain of vision, they are however limited and do not allow themselves to make a complex application like objects recognition in a natural scene. For this, non-linear associated with high-level classifiers can complete linear processing to meet the demands of a complex application. In this context, we show that “mathematically inspired” and “neuron-inspired” approaches both require the use of non-linear operators based on the “min” and “max” treatments. Therefore, we propose an architectural model for integrating non-linear processes in the focal plane. This model is based on a topology of “4-connected” PE and has two advantages over conventional solutions. Firstly with regard to increasing the speed of execution of nonlinear treatments but also aspects of reduced consumption are related to access to external memory in the case of digital based systems. The NLIP circuit (Non Linear Image Processing), which was designed during this thesis has 64 x 64 pixels associated with 64 x 64 elementary analog processors. Each pixel has a size of 40 m from the side and has a fill factor of 18%, which ensures a good sensitivity. The fabrication of the circuit was carried out in CMOS technology 0.35 m and functional tests were used to validate the proposed model retina

L’objectif de cette thèse est la validation fonctionnelle d’implants rétiniens pour la restauration fonctionnelle de la vision chez des patients non voyants suite à la perte de leurs photorécepteurs. Ce travail a été réalisé sur modèle animal et a évalué expérimentalement de nouveaux protocoles de stimulation. Tout d’abord nous avons utilisé la technique de spectroscopie d’impédance pour simuler mathématiquement l’interface tissu-implantafin de caractériser la présence d’un espace entre le tissu et l’implant. La seconde partie compare par imagerie optique (IO) les caractéristiques de la réponse corticale évoquée par stimulation visuelle ou électrique de la rétine par prothèse sous rétinienne. Nous avons retrouvé que la taille de l’activation par l’implant rétinien est beaucoup plus grande que son correspondant visuel. Dans une troisième partie, est réalisée une évaluation in vitro de la performance des stimulations sur rétine isolée pour définir comment les cellules ganglionnaires réagissent à différents modes de stimulations. Ce travail a permis d’établir la courbe des réponses en fonction de l’intensité des stimulations électriques. Enfin, la thèse décrit un modèle animal de dégénérescence rétinienne qui présente des désorganisations de la rétine externe. Une analyse en IO a été réalisée sur ce modèle afin d’évaluer la réponse corticale aux stimuli visuels et électriques. Ce travail de thèse, par des approches physiques et physiologiques complémentaires, apporte un certain nombre de réponses qui devraient permettre d’améliorer l’utilisation de futures prothèses rétiniennes par une adaptation physique des matrices d’électrodes ou des patrons de stimulations utilisées / The aim of this thesis is the functional validation of retinal implants used for vision restoration in blind patients due to the loss of photoreceptors. This work was designed to develop an animal model to experimentally validate prototypes of new implants and new stimulation protocols pattern. Firstly we used the technique of impedance spectroscopy to simulate mathematically the tissue/implant interface. These data confirm the importance of reducing the space between the stimulating electrodes and retinal tissue, as well as the importance of physical characteristics of the electrical stimulus used. In a second approach, we have compared responses of visual cortical neuronal population using optical imaging (OI), evoked either by visual or electric retinal stimulation through subretinal prosthesis. This approach has demonstrated that the stimulation of an electrode induces cortical activation that the size of the cortical response to the retinal implant stimulation is much larger than its corresponding visual stimulus. In the third part, I performed in vitro experiment to measure the performance of stimulation at the level of ganglion cells of isolated retina. We have quantified the response curve as a function of the intensity of the electrical stimulation. Finally, the thesis describes a new animal model of outter retinal degeneration. OI was also performed on this model to assess the response to the visual and retinal prosthesis stimulations. This thesis, through complementary physical and physiological approaches, provides a number of responses that can potentially improve the use of retinal prostheses through specification of their design or patterns of stimulation.